关键词： 钒离子去除   石墨烯氧化物   铁纳米粒子   吸附效率  

摘要： 文章探讨了石墨烯氧化物和铁纳米粒子复合材料去除地下水中钒离子的高效性,研究了不同pH值、接触时间和材料剂量对钒离子去除效率的影响,并确定了最佳的操作条件。结果表明:在pH值为7、接触时间为2.0 h的条件下,该复合材料表现出最高的去除效率;当复合材料的使用量从0.05 g/L增加到0.25 g/L时,吸附效率从42.6%提升到77.2%,虽然吸附效率随材料剂量增加而增加,但当材料剂量在0.1 g/L后继续增加时,吸附效率增幅明显降低;通过SEM、TEM和XRD等技术对其进行表征,发现其具有高比表面积和多孔结构,有利于钒离子的吸附。

关键词： 氧化石墨烯   聚合物   复合膜   制备   水处理   应用前景  

摘要： 氧化石墨烯(GO)是最薄的二维纳米材料,具有丰富的含氧官能团、大的比表面积、良好的机械及热稳定性,是近年来比较热门的新型材料。为改善单一GO膜在水溶液中因静电排斥、水合作用和团聚效应导致的分离性能下降的问题,基于聚合物膜较高的化学和机械稳定性、抗氧化性和生物相容性,将聚合物与GO膜结合制备得到GO/聚合物复合膜,可以有效增强单一GO膜的渗透率和污染物拦截率,提高膜稳定性,在水处理方面具有广阔的应用前景。综述了GO/聚合物复合膜的制备方法,分析了GO/聚合物复合膜去除污染物的机理,介绍了GO/聚合物复合膜在水处理领域的应用。最后,对GO/聚合物复合膜未来的研究方向做了进一步展望。

关键词： 密度泛函理论   氮还原反应   双原子催化剂   石墨烯  

摘要： 氨是一种重要的能源物质,广泛地应用于人类的生产生活,但是目前生产氨的主要方法还是能源消耗量大,生产成本高的Haber-Bosch工艺,因此开发一种新型生产氨的工艺势在必行。电催化还原N_(2)合成氨被认为是最有希望替代传统工艺的生产方法。本文通过理论计算,通过构建石墨烯基双原子催化剂M_(2)/Gr(M=Mn,Fe,Co,Ni)研究了N2在其表面的吸附及还原特性。理论分析表明,N_(2)在Fe_(2)/Gr催化剂上还原为NH3的决速步能垒仅为0.69 eV,且氮还原反应(Nitrogen reduction reaction,NRR)的主要竞争反应析氢反应(Hydrogen evolution reactions,HER)的能垒为1.95 eV,证明Fe_(2)/Gr是一种高效、有选择性的电催化合成氨催化剂。

关键词： 三氧化钨/还原氧化石墨烯(WO_(3)/rGO)   光激发   丙酮   气敏特性  

摘要： 以二水合钨酸钠为钨源,硫酸钾为结构导向剂,通过水热法制备三氧化钨(WO_(3))纳米棒,并将其与氧化石墨烯(GO)分散液混合,利用甲醇搅拌还原形成WO_(3)/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料WO_(3)/rGO。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析其表面结构、物相组成和化学成分,分别在光激发前后测试其对丙酮的气敏特性。研究了rGO对WO_(3)形貌、结构和丙酮气敏特性的影响,以及光激发对其丙酮气敏特性的作用。结果表明,WO_(3)为六方晶相的纳米棒,GO得到充分还原变成rGO,rGO与WO_(3)纳米棒紧密结合形成复合结构。WO_(3)/rGO复合材料的工作温度随rGO掺杂量的上升而降低,当rGO掺杂量为0.5wt%时丙酮气敏特性最佳。经过光激发后其气敏性能大幅提升,最佳工作温度由328℃降至259℃。在最佳工作温度下,对100 cm^(3)/m^(3)丙酮的灵敏度由413%增至780%,恢复时间由61s降至29s,具有良好的重复性、抗湿性和长期稳定性。最后探讨了WO_(3)/rGO对丙酮的气敏机理以及光激发对其气敏性的影响机制。

关键词： 过渡双金属   石墨烯   低温磷化   甲醇氧化   低铂负载  

摘要： 铁钛双金属由于其强烈的协同效应以及双功能机理,在电化学领域中展现出了优秀的催化活性.针对目前甲醇燃料电池铂基催化剂成本高、抗CO中毒能力低以及循环稳定性差等制约其商业化应用的关键瓶颈问题,采用了一种简单的水热、低温磷化以及油浴方法,成功合成了在石墨烯上负载的低铂/二氧化钛修饰磷化铁复合材料(Pt@rGO/TiO_(2)-FeP)用于甲醇电池阳极催化剂.循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和多电位阶跃方法(STEP)等研究表明,使用低温磷化法可以有效提升催化剂的甲醇氧化性能,在Pt负载量仅为4.3%(w)时,催化剂的峰电流密度达到2319.5mA·mg^(-1),是商用Pt/C催化剂(390.5mA·mg^(-1))的5.9倍.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线电子衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法对催化剂进行一系列分析,发现二氧化钛、磷化铁以及铂纳米颗粒在石墨烯上均匀分布,因为过渡双金属的负载,促进Pt的d带中心降低,有效提升了催化剂的甲醇氧化性能.本工作合成的Pt@rGO/TiO_(2)-FeP纳米复合材料,具有优异的甲醇氧化性能和抗CO中毒能力,为高性能甲醇燃料电池的研发提供了一个全新的思路和实践.

关键词： 搅拌铸造   AZ31镁基复合材料   石墨烯纳米片   力学性能   热导率  

摘要： 采用化学包覆法合成包覆氧化锌的石墨烯纳米片(ZnO@GNPs),并加入AZ31B镁合金中制备ZnO@GNPs-AZ31镁基复合材料,测试了复合材料的力学性能和导热性能;并利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪、激光导热仪对复合材料的微观组织、热导率进行了表征与分析。分析结果表明,此方法能够控制ZnO包覆在GNPs表面,提高GNPs与镁基体的界面结合质量,增强了GNPs在镁合金中的分散性和润湿性,更有利于发挥应力转移强化、细晶强化等作用,提高材料的强度、伸长率和显微硬度。通过石墨烯在二维平面内的高导热性能,为热量的传递提供桥梁,复合材料0.2wt.%ZnO@GNPs-AZ31的热导率为100W/(m·K),相较于镁合金对照组提高了30.04%。

关键词： 氧化石墨烯   镧系配合物   电致化学发光   四环素   传感器  

摘要： 在镧系配合物的制备过程中引入导电性好、比表面积高的氧化石墨烯,合成了一种导电性好的氧化石墨烯铽配合物(GO-Tb-COP)电致化学发光(ECL)阴极发光体.相对于传统配合物(如Tb-COP),GO-Tb-COP具有更高的ECL强度、更强的导电性和更大的比表面积,其原因是GO增加了GO-Tb-COP的导电性和比表面积,进而加速内部电荷传输,提高其自身的电化学活性,最终实现强的ECL发光信号.以环境污染物四环素(TC)为信号猝灭靶分子,GO-Tb-COP为ECL发光体,立方体二氧化铈(CeO_(2))为共反应促进剂和信号稳定剂,过硫酸根离子(S_(2)O_(8)^(2-))为共反应试剂,构建了用于TC检测的三元ECL传感器,其检出限低至0.44 pmol/L(S/N=3).此外,该传感器具有高的选择性、良好的稳定性和重现性,可用于实际样品TC的检测.通过增强配合物的导电性和比表面积提高镧系配合物ECL性能的策略,为合成高效镧系配合物ECL发光体提供了新的机遇.

关键词： 微结构   等离激元   慢光   传感  

摘要： 提出了一种三频段太赫兹双重等离激元诱导透明的单层石墨烯器件,本器件结构简单且拥有优秀的慢光与传感性能.器件中的长石墨烯带能够直接被入射光激发,进而产生一个明模式;短石墨烯带则无法被入射光直接激发产生暗模式,但能够被明模式间接激发,明暗模式相互干涉从而形成表面等离子体诱导透明现象.本文通过耦合模理论推导此现象产生的机理,发现计算的结果与时域有限差分法基本一致.该结构不仅存在外部动态调节的优点,同时慢光与传感性能也十分优异.本文发现提高石墨烯器件的费米能级能够显著地提高慢光效应,群折射率在石墨烯费米能级为1.1 eV时达到最大值327.1.本结构还拥有优秀的传感性能,其灵敏度与品质因子最高分别达到1.442 THz/RIU与39.6921.本研究有望为慢光与传感等领域的应用提供思路与理论基础.

关键词： 硬度最高   导电   石墨烯   二维晶体   韧性强   21世纪  

摘要： 被誉为“21世纪神奇材料”的石墨烯,是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是目前世界上最轻、最薄、硬度最高、軔性最强,且导电导热性能俱佳的新型纳米材料之一。目前,石墨烯的研究与应用开发持续升温,有些科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。

关键词： Tamm等离激元   石墨烯   光吸收器   费米能级  

摘要： 传统的基于金属与分布式布拉格反射镜(DBR)结构的光吸收器需要通过改变器件的几何参数来进行对不同波长的光的吸收,这极大限制其应用场景。基于石墨烯的电导率可通过外加电压来改变的性质,用石墨烯替代传统的金属,提出一种由两层石墨烯与DBR级联的复合结构。采用有限元法分析该结构在太赫兹波段对光波的吸收特性,结果显示:在两个DBR周期分别为6和15时,可以实现吸收率为91.4%、88.3%和64.3%的三重光学Tamm态吸收;通过调节石墨烯的费米能级从0.7 eV变化到1.6 eV,三个吸收峰的波长调谐范围可分别达到0.2、5.2和6.2μm;当两层石墨烯的费米能级分别设置为0.8 eV和1.2 eV时,三重光学Tamm态吸收率分别提高到98.8%、85.6%和87.2%。研究结果为利用光学Tamm态进行光吸收的吸收器提供一种有效的设计思路。